Способ снижения сил сопротивления движению

 

ОП КСАНИ Е

ИЗОБРЕТЕНИЯ

3542П

Союз Советских

Социалистических

Республик

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Зависимое от авт. свидетельства ¹

Заявлено 13.1Х.1968 (№ 1270618/25-8) с присоединением заявки ¹

Приоритет

Опубликовано 09.Х.1972. Бюллетень № 30

Дата опубликовании описания 26.1.1973

М. Кл. F 16n 15. 02

В 23р 1, 00

Комитет fl0 делам изобретений и открытий ори Совете MllNNcTpOB

СССР

УДК 621.9.048.6(088.8) Авторы изобретения

Е. Г. Коновалов и IA. Д. Тявловский

Минский радиотехнический институт

Заявитель

СПОСОБ С11ИЖЕНИЯ СИЛ СОПРОТИВЛЕНИЯ ДВИЖЕНИЮ

Изобретение относится к технике смазки трущейся пары и предназначено для ис пользования в машинах и механизмах, а также для обработки металлов и других материалов.

Известны способы сн ижения сил сопротивления движению,,по которым широко применяются жидкие, консистент|ные и твердые смазки, объединяемые общим понятием «вещественHblå», При,применении веществе нных смазок в зависимости от режима работы машины наблюдаются три вида трения. Граничное, которое всегда имеет место при пуске, реверсе или остановке машины и при работе машины с большой нагрузочкой при малых числах оборотов. В таких случаях масляная адоорбционная пленка черезвычайно тонка и прерыв|иста, и поэтому смазка не протекает между трущимися, поверхностями, что приводит к сильному разогреву и износу контактирующих поверхно стей.

Полужидкостное трение устанавливается в местах непосредственного соприкосновения трущихся поверхностей. Слой смазки не образует непрерывной масляной пленки и поэтому износ и нагрев, хотя и несколько меньше, чем при граничном трении, однако остаются все еще большими.

Жидкостное трение появляется с того момента, когда смазочный слой полностью разделяет трущиеся поверхности. В эпом случае сухое трение двух контактирующих твердых пар заменяется внутренним трением в смазочном слое. Это самый выгодный режим трения как по расходам энергии на трение, так и по отсутствию износа, Однако он является крайне неустойчивым и при изменении

10 условий работы (реверс, резкое изме нение нагрузки, колебание температуры, вакуум, радиационное облучение и т. д.) быстро может сменяться полужидкостным илп граничным трением. Л при работе без смазки (граничное

1s и частично полужидкостное трение) любые сочетания металлов дают большой износ.

К основным факт орам, отделяющим износ, принято относить механическое зацепление неровностей поверхностей и их истирание, 20 местное сварива<ние, коррозионное и эрозионное воздействие смазки и абразивный износ.

Поэтому лучшими .с физико-механической стороны я вляются такие вещественные. смазки, которые обладают наибольшей ка пиллярной способностью (т. е. способ ностью lIlpOHHкать в узкий зазор между трущимися поверхностями), наибольшим сопротивлением выдавливани ю из зазоров, высокими адгезией, рас;клинивающим действием и химической стой80 костью и которые при достаточной вязкости

354211

3 обес|печивают наименьший коэ ффициент трения.

Однако несмотря на большое количество вещественных смазок, па сегодняшний день не имеется не только одной, но даже набора смазок, обеспечивающих вы|шеперечисленные требования для,всех режимов (nyccc, раоочий режим, реверс, остановка) и Blcex условий работы ма шин. Такими условиями являются весь возможный температурный диа пазон работы (от криогенных температур до тем иератур белого свечения), искусственный в естественный,вакуум, радиационное и космическое облучение, химически агрессивные среды, высокие скорости движения и T. д.

Предлагаемый с пособ снижения сил сопротивления движению заменяет непосредственное контактное трение акустическим трением.

Свойство невеществе нности акустической смазки придает ей исключительно цепные качества абсолютных термической, химической, вакуумной и радиальной стой костей и делает ее не подвер?кенной влиянию кинематического и, динамического факторов, Кроме того, при акустической смазке отсутствуют режимы, характерные для граничного и полужидкостного трения, и трущаяся пара работает в самых выгодных условиях, соответствующих жидкостному трению.

Эффект снижения сил со противления движению возникает |при контакте двух движущихся элементов, один из которых подвер?кеи возмущающему воздействию ультразвукового, электромагнитного и т. in. силового поля, т. е. находится в динамическом состоянии. Этот элемент —,активный трущейся |пары, а другой, не подверженный действи ю пульсирующего поля, т. е. IHaxодящийся в статическом состоянии, — lnacicHвный элемент трущейся пары.

При контакте активного и,пассивного элементов даже при .значительном давлении не происходит их ñâàðèâàåìîсти или схватывания. В этом случае сухие контактирующие активный и пассивный элементы оказываются как бы обильно смазанными и коэффициент трения скольжения между ними резко снижается. При этом не имеет совершенно никакого значения, какой ти п колебаний (продольные, попере ьные нли крутильные), какой тип волны (бегущая или стоячая) существуют в активном элементе трущейся пары и ка; кая геометрическая форма прида на этому элементу. Так например, если взять образец круглого или,прямоугольного сечения и наложить на него продольные, поперечные или крутильные колебания, т о поверхность образца как бы приобретает свойство «маслянистости» и другое контактирующее с этой поверхностью тело легко по ией скользит.

Фиг. 1 — 4 иллюстрируют предлагаемый способ.

Сущность предлагаемого способа рассматривается на примере использования в каче5

so

4 стве пульсирующей энергии, налагаемой па активный элемент, ультразвуковой.

Известно, что изменение ам плитуды объемного смещения по длине акустичеокой волны происходит по закону косинусоиды. Тогда в любой точке по длине волны (см. фиг. 1) а,мплитуда объемного смещения, включая IcBoe нулевое значение, может быть разложена на три составляющие А,,-, А„и А„которые имеют максимум в начале войны, а, затем синхронно убывают и приходят к нулевому значению íà paccTosIIHHH, равном Л/4. Указанные составляющие .могут быть заменены,соответствующими усилиями Р, Р, и Р,. Рассмотрим дей ствие каждого из этих усилий на IHe которую материальную точку М, имеющую матиссу dG. Усилие Р, стремиться поднять точку. Однако в связи с наличием силы Р,. материальная точка М,,поднятая силой Р, будет перемещаться вдоль акустической волны в направлении к точке В, где амплитуда смещения, а следователвно, и все ее cocTaiBJIHIOщле равны нулю. О писанное перемещение точки М было бы прямолинейным, если бы отсутствовала составляющая P„, действие которой 1на. материальную точку М сводится к вращению последней во|круг направления акустической волны:

Е сли векторную диаграмму представить в координатах у: 2 (см. фиг. 2), То нетрудно убедиться в том, что ка к составляющая Р„ так и составляющая Р„независимо от MinHoвенного положения точки М относительно начала координат (оси акустической волны) всегда будут стремиться удалить от этого inaчала точку М. При этом равнодействующая этих сил всегда будет радиально HalnpalBJIeHной и поэтому будет стремиться эксцентричную пару «вал — цапфа» привести к концентриситету (см. фиг. 3), создавая при этом равный зазор во всех направлениях.,При использовании крутильных или inonepevrrBm ультразвуковых колебаний лроисходит усиление эффекта акустической смазки, та к как inpH этих колебаниях составляющая P„отсутствует, а следовательно больше акустичес кой энергии используется на создание эффекта смазки (составляющие Р„и P,).

С применением вещественной смазки описанное состояние концентриситета наступает при бесконечно большом числе оборотов, что практически никогда не мюжет быть достигнуто.

Так как,при акустической смазке состояние концентриситета цапфы и подшипника наступает сразу же после подачи ультразвука, то это позволяет исключить,неизбежные для вещественной смазки граничное и полужидкостное трение и сразу создать режим, свойственный для жидко стного трения. При этом режим работы (реверс и изменение числа оборотов, удельного да вления и других физических факто ров) не будет влиять .на характер и условия акустической смазки, 354211

С пособ осуществляется следующим образом.

К валу или цапфе, к обрабатываемому изделию или инструменту, т. е. к од ному из элементов трущейся пары присоединяется источник ультразвуковых колебаний, на пример магнитострикционный преобразователь (магнитосч;риктор) . Активный элемент тру щейся пары должен иметь длину, к рапную поло|вине длины волны звука в материале, из которого вьппол нен этот элемент.

В каждом, конкретном случае пешают, какой из элементов трущейся пары,по условиям конструкции может быть активным. Ам плитуда колебаний должна быть вы брана такой, чтобы опа была несколько больше суммы высот микронеровностей поверхностей цапфы и вкладыша, период — в отношении простых чисел к частоте собственных колебаний системы, а мощность — из условия поддержания этих масс во взвсше нном одна относительно другой состоянии.

Для проверки предлагаемого, способа смаз,ки ультразвуком были проведены эксперименты, в которых использовалась трущаяся пара, моделирующая ца пфу и подшипник. С целью создания максимально неблагоприятных условий для трения сколь кения и максимально благо приятных для схватывания оба элемен; та трущейся, пары были выполнены из титанового сплава ВТ-З.

Принципиалыия схема этой простой установки изображена па фиг. 4, на которой также воспроизведена эпюра ам плитуды смещения Ila длине резонансного образца, равного

Х/2, где Х вЂ” длина акустической .волчины в данном материале. В изображенной акустической системе создается стоячая ультраз вуковая волна. Так как в этом случае посредине образца амплитуда смещения piaaняется нулю, то кольцо располагается ближе к узлу ам плитуды смещения. При бегущей акустической волне мефисто расположения кольца .не имеет значения.

Посредством рычага 1, соотношение плеч которого, АО: ОВ = 2: 1, втулка 8 усилием Р ,прижимается к образцу 3, который своим резьбовым хвост1овиком ввинчивается в концентратор 4, жестко соеди ненный магнитостриктором б. 3а счет жесткой резьбовой связи создается единая аку|стическая система, «образец-ко нце нтратор-преобразователь», которая в горизонтальном положении намертво крепится к основанию 6. Силопередающий рычаг Ав шарнирно соединяепся с опорой О.

Это позволяет осуществлять его некоторое угловое, перемещение. Поскольку последний шарнирно (посредством шти фта и паза) связан со втулкой 2, то она при угловом перемещении рычага получает осевое смещение в ту или иную сторону (см. фиг. 1 вид А).

Если без действия ультразвука на образец перемещение втулки затруднено, то при его воздейст|вии это перемещенIIC осуществляется лепко или .даже про исходит самопроизвольно в сторону узла ам плитуды. Значительное облегчение осевого :перемещения пассивного кольца,,прижатого усилием P к активному обра зцу, можно объяснить только эффектом уменьшения коэффициента трВния под действием пульсирующего, потока энергии, например, ультразвукового.

Предмет изобретения

1. С пособ снижения сил сопротивления двп15 жению в условиях сухого трения, отличаюи1ийся тем, что в пространство между трущимися,поверхностями вводят пульсирующий поток энергии, амплитуду колебаний которого

:выбирают из условий образования между тру20 щимися поверхностями зазора, несколько Ilp0вышающего их микронеровности,,период — в отношении Illpостых чисел к частоте собственных колебаний системы из взаимодействующих масс, а мощность — из условия поддер25 жания этих масс во взвешенном одна относительно другой состоянии, для чего на одну или обе взаимодействующие массы налагают возмущающее воздействие ультразвукового, электромагнитного и т. п, силового |поля.

30 2. Способ .по п. 1, отличающийся тем, что при воздействии пульсирующим потоком энер,гии на обе взаимодействующие массы колебания сдвигают allo фазе на 180 .

60 Д

gua 1

354211

9оиг. д

Вид A

Редактор Т. Баранова

Заказ 4247/10 Изд. № 1793 Тираж 406 Подписное

ЦНИИПИ Комитета по делам изобретений и открытий при Совете Министров СССР

Москва, Ж-35, Раушская паб., д. 4/5

Типография, пр. Сапунова, 2

Составитель Т. Казинова

Техред 3. Тараненко

Корректоры: М. Коробова и Е, Давыдкина

Способ снижения сил сопротивления движению Способ снижения сил сопротивления движению Способ снижения сил сопротивления движению Способ снижения сил сопротивления движению 

 

Наверх